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1、2013年全国大学生电子设计大赛报告【专科组】直流稳压电源及漏电保护装置（L题）摘要：在科技日新月异的现代，随着电子技术，自动化技术，IC技术等的高速发展，出现了各种各样的电子设备，如计算机、电视机、通信设备、工业控制设备、服务器、路由器和医疗仪器等。在电子设备内部，各种各样的IC电子电路和执行装置都需要电源。电子设备由于要完成许多先进、高级的功能，对供电电源的精度、稳定性、动态想响应能力及其他很多指标都有非常高的要求，而电网直接提供的交流电或电池直接提供的直流电是随环境、时间或负载变化的，它们不能直接成为电子设备所需的内部电源。将电网或电池提供的一次电能转换为符合电子设备要求的二次电能，这样
2、的设备便是电源。电源是一切电子设备的心脏，是所有电子设备的动力，没有电源，电子设备就不能工作。关键字：电子设备 交流电 二次电能 电源Abstract: in modern science and technology change rapidly, along with the development of electronic technology, automation technology, the rapid development of IC technology, the electronic devices of all kinds, such as computer, tel
3、evision, communications equipment, industrial control equipment, server, router and medical instruments etc. In the electronic equipment, IC electronic circuit and executor of all kinds need power supply. Electronic equipment due to be completed many advanced, advanced functions, accuracy, stability
4、, dynamic power supply to response ability and many other indicators have a very high demand, while the DC AC power directly or directly to the battery is provided with the environment, time or load changes, they can not be directly into an internal power supply electronic equipment required.The pow
5、er or battery provides an electrical energy is converted to meet the requirements of electronic device two powers, such equipment is power. The power electronic equipment is all heart, is the driving force, all electronic devices without power supply, electronic equipment cannot work.Keywords: elect
6、ronic equipment AC power supply two目录1.系统设计11.1设计要求11.2.总体方案设计11.2.1设计思路11.2.2控制系统21.2.3方案论证与比较22.单元模块设计42.1 TL494构成的PWM控制器电路的设计42.2单片机检测电路的设计62.2.1单片机显示电路的设计62.3电压、电流检测电路的设计83.系统调试94.系统测试104.1测试使用的仪器104.2指标测试和测试结果104.2.1输出电压电流的测试104.2.2电压调整率的测试114.4.3负载调整率的测试115.设计总结12参考文献：12附录12附录1：元器件清单12附录2：系统电路
7、图13前言：电源是一切电子设备的动力，此次设计的是一台额定输出电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压电源。输出端电压接一个5的电阻作为负载，该设计的输入电压在725V之间变化，其输出电压要求为50.05V。当输入电压在5.57V变化时输出电压仍为50.05V。采用TL494组成控制电路输出5V电压和1A电流，直流稳压电源通过控制调整管的导通时间达到稳定输出电压的目的。整个工作周期中，调整管相当于一个开关，工作在截止和饱和状态，等效于开关的断开和闭合。因此开关直流稳压电源功耗很低、工作效率很高、质量轻、体积小等优点。同时电路中也有电流电压检测电路，实时检测电源的输出功率。1.系统设计1.1设计
8、要求设计一个额定输出电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压电源。输出端接负载RL阻值固定为5。当直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为50.05V，电压调整率SU1%。当直流输入电压在5.57V变化时，要求输出电压为50.05V。直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL1%。并制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。1.2.总体方案设计1.2.1设计思路题目要求设计一个直流稳压电源额定输出电压为5V，额定输出电流为1A。考虑到效率的问题决定设计一个开关直流稳压电源，使用TL494组成降压式开关电源，TL494包含了开关电
9、源控制所需的全部功能。数显部分使用LED数码管显示该直流稳压稳压电源的输出功率。控制部分采用C8051F410单片机控制数码管的显示。总体设计框图如图1-2-1所示：直流输入5.525VLED显示输出功率CPU检测电压、电流输出额定电压5V额定电流1ATL494控制电路图1-2-11.2.2控制系统电压型PWM控制电路TL494TL494组成降压式开关电源，该设计采用降压式变换器，输出控制端（13脚）接地（低电平）。为了增大输出控制脉冲的驱动电流，两个输出管的集电极（8脚和11脚）并联，驱动功率开关管。输出电压直接采样送到误差放大器1的同相输入端，误差放大器1的反向输入端接基准电压+5V（14
10、脚），误差放大器2组成输出过流保护电路（1.4A），误差放大器输出端（3脚）接有增益控制电阻和相位校正网络。TL494内部框图如图1-2-2所示：图1-2-2单片机检测功率电路使用C8051F410单片机内部的ADC检测电路输出的电压，电流经过模数转换和相关计算后送给数码管显示出输出功率。因为C8051F410的ADC0子系统集成了一个27通道的模拟多路选择器（AMUX0）和一个200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路、可编程窗口检测器和硬件累加器。ADC0子系统有一种特殊的突发方式（Burst mode），该方式能自动使能ADC0，采集和累加样本值，然后将AD
11、C0置于低功耗停机方式，而不需CPU干预。AMUX0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置。ADC0输入为单端方式，可以被配置为用于测量P0.0P2.7温度传感器输出、VDD或GND（相对于GND）。只有当ADC控制寄存器（ADC0CN）中的AD0EN位被置1或在突发方式执行转换时，ADC0子系统才被使能。当AD0EN位为0时或在突发方式下不进行转换时，ADC0子系统处于低功耗关断方式。1.2.3方案论证与比较1.脉宽调制PWM芯片的设计方案论证与选择方案一：采用SG3524芯片SG3524芯片可以直接产生脉宽调制信号，但是这种电路产生的波形线性不好，达到要求较难，产生P
12、WM方波时所需要的外围线路简单。而且它产生的脉宽调制波的占空比不高，波形不理想，且由SG3524所做的逆变器不允许带感性负载。方案二：采用TL494芯片TL494芯片的主要特征是，它集成了全部的脉宽调制电路，芯片内置线性锯齿波振荡器和误差放大器，且外置振荡元件就两个，一个电容和一个电阻，线路较简单，稳压精度为5V5%.芯片内置5V的参考基准电压源，可不用外接电源。而且其内置功率晶体管能够提供0.5A的驱动能力，使得设计的电路能够提供不间断的交流电，同时满足电路简单，体积小得要求。芯片的输出方式为推或拉两种。综上所述，选择方案二采用TL494芯片，它具备软启动功能，还可调整死区时间，同时还具备输
13、入，输出，过压、过热保护，所以选择方案二。2.数码管驱动芯片的方案论证与选择方案一：采用74LS164这是一片带锁存的串入并出芯片，需要占用单片机的2或3根线，MR为输出状态清除，本身驱动电流不大，驱动LED需要另外加三极管或者驱动芯片。对单片机的端口使用较多，并且对单片机的扫描是全时的。方案二：采用CH452CH452芯片是高速键盘扫描控制芯片，每片可接88的矩阵键盘。CH452芯片专门用于LED、数码管、按键的驱动显示。一片芯片可以控制8个数码管和64个按键。以动态扫描的形式对每一位分别点亮，大幅度节约电力。同时对按下的按键能够产生中断，节约单片机宝贵的处理等待时间。可选2线或4线接口，减
14、少单片机IO口的使用。这块芯片难能可贵之处是可以直接输入BCD码的数码管数据，也就是在单片机端根本不需要使用译码这一步骤，又一次增加了单片机的时间。综上所述，选择方案二使用CH452芯片驱动数码管。3.单片机的方案论证与选择方案一：AT89C51单片机AT89C51单片机标准功能有4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统
15、继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。方案二：C8051F410单片机C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。下面列出一些主要特性：高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS），全速、非侵入式的在系统调试接口（片内），真12位200ksps的24通道ADC，带模拟多路器，两个12位电流输出DAC，高精度可编程的24.5MHz内部振荡器，达32KB的片内 FLASH存储器，2304字节片内RAM，硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口，4个通用的16位定时器，具有6个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA），硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，带64字节电池后备RAM和后备稳压器 ，片内上电复位、VDD监视器和温度传感器 ，多达24个端口I/O等。C8051F410还具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F410器件是真正能独立工作的片上系统。综上所述，选择方案二采用C8051F410单片机其内部的ADC采样时间可以直接对输出电压、电流进行采样，经过处理送给LED数码管显示电源的输出功率。AT8
